铁路桥梁桩基施工技术控制分析

2021-06-09权高峰

运输经理世界 2021年23期

权高峰

（中交二公局第六工程有限公司，陕西西安710075）

1 工程概况

该工程正线起讫里程为DK83+229.85～DK101+947.75，正线全长18.57km。主要施工任务包含桥梁站前工程、无砟道床铺设、DK83+229.85～DK99+503范围内预制、架梁工程（不含DK99+503～DK101+947.75 范围架梁工程）、大临设施（拌和站、钢筋加工场、制梁场等）、进场便道、改移道路、改移沟渠、河道防护及地下管线迁改等工程，同步实施津九联络线、京港台联络线桥梁工程（不含同步实施段制架梁）。

2 工程地质条件

该桥DK83+229.85～DK101+947.75 桥址区位于冲击平原，地形平坦，地势开阔，局部略有起伏，地面高程 2.80-13.42m，相对高差10.62m。地势由西北向东南缓倾。全桥存在地面沉降、活动断裂和砂土液化地质灾害隐患，历史地质灾害不发育，灾情轻。地表大多为耕地、村庄，地形起伏较小。

主要地层为全新人工堆积层（Q4ml）杂填土、素填土、冲积层（Q4ol）黏土、粉质黏土、粉土、粉砂、细沙，上更新统冲积层（Q3ol）黏土、粉质黏土、粉土、粉砂、细沙。

3 施工过程

3.1 物资及机械设备

根据地质钻探资料，地层主要为黏土、粉质黏土及粉砂，因而选用旋挖钻进行钻孔。由于桩基的成孔质量直接影响成桩质量，所以桩基施工成孔后的检测，拟采用钢筋笼探孔器及成孔检测仪。

使用探孔器“灌无忧”防超灌设备、超声波成孔检测仪，以确保桩基浇筑质量及桩头齐整度，采用“灌无忧”设备，可以严格控制混凝土超灌高度[1]。

3.2 泥浆制备

超长、大直径桩基的钻孔泥浆应选用优质膨润土泥浆。

对于桩长40～70m、直径1.0～1.5m 的桩基，则使用Neptun 环境泥浆。

泥浆应由膨润土制成，具有较强的制浆能力和较高的黏度。

用量可按下式（1）计算确定：

式（1）中：Q 为每m3泥浆所需的黏土质量；

P1——黏土的密度；

P2——要求的泥浆密度；

Pw——水的密度，取1t/m3。

根据施工经验，黏土制浆率约为3m3/t，膨润土制浆率约为12～15m3/t。在钻孔施工过程中，根据钻进速度和地质情况的不同，应不定时地检查泥浆性能，调整泥浆指标[2]。

3.3 施工测量

测量队放出桩位后，钻机班组应在桩位周围（距离桩位1.5m 左右）的位置设置4 个护桩。

3.4 桩基施工

3.4.1 护筒制作及埋设

钢护筒统一在加工场制作，为长3m，厚6～12mm的钢板卷制。钢护筒的埋置深度：在黏土、粉土中应大于1m。护筒偏差小于5cm，倾斜度小于1%。

3.4.2 钻进成孔

旋挖钻机钻杆的垂直度，可采用电子设备、人工用吊锤来观察、控制。

钻孔时，泥浆高于护筒底角0.5m 以上或高于地下水位1.5～2m 以上后，方可开始钻进。钻进时应轻压慢进，正常后再逐步加速，进行正常钻进[3]。

钻孔过程中，应按照规范要求抽取渣样，并与设计图纸上对应桩位的地质资料相符，留样并做好声像资料及文字记录。

3.4.3 钻孔检查及清孔

（1）成孔检查

当钻机显示器上显示孔底达到设计底部高度后，即停止钻孔，并及时检查顶面高度、孔中心偏差、孔直径、垂直度和沉渣厚度。

（2）排渣、清孔

可以通过使用泥砂分离器结合泥浆循环来进行排渣。清孔应符合下列标准：

孔内排出泥浆无2～3mm 的颗粒；

泥浆比重不大于1.1；

含砂率小于2%；

黏度在17～20s 范围内；

沉渣厚度符合标准要求。柱桩和特殊结构物的主墩桩基不得大于50mm；摩擦桩不得大于200mm。

3.4.4 钢筋笼施工

钢筋笼均在钢筋加工场采用滚焊机加工而成。

（1）钢筋笼分节及下料

钢筋笼应按照12m 或9m 的标准节长度进行制作。主笼及副笼采用焊接或套筒方式连接。

钢筋的长度应根据钢筋弯曲后的中心长度计算，并考虑钢筋钩的增加长度和弯曲调整值。

（2）钢筋的弯曲成型

加工加强箍筋前，应先进行胎架制作，胎架制作完成后，先试制作2 个加强箍筋，检查各部尺寸，并对胎架进行修整，修整合格后方可进行加强箍筋的加工。钢筋笼加强筋通过弯弧机进行精准加工，将加工后的曲筋放入定制的加强筋效验模具中进行检测微调，待尺寸确定好后，用三角撑固定在加强筋内，再焊接封闭成环，加工误差控制在2mm 以内[4]。

（3）钢筋笼胎架制作

为保证超长、大直径桩基钢筋笼的加工精度和现场钢筋连接的安装精度，应采用钢胎架长线法加工制作。

（4）钢筋笼骨架的制作、安装

钢筋笼通过台式成型或辊式焊接机在钢筋加工厂生产。

对于超长、大直径桩基，应采用钢胎架长线法加工钢保持架。

普通桩基采用滚焊机设备加工，即制作时在钢胎架上一次性做成整个桩基的钢筋笼，然后再拆分成若干个标准节以便运输。

（5）声测管制造和安装

将声测管绑扎在已成型的钢筋笼上，声测管上下管口用钢板焊接封闭，管节连接处采用焊接方式，应确保连接处光滑、不漏水。

（6）综合接地设施的安装

综合接地钢筋：每根钻孔桩要选择1 根通长的主筋作为接地钢筋，在加工钢筋笼时应做好标记，以便与承台接地钢筋进行有效连接，连接时采用“L”型焊接方式。

（7）钢筋笼箍筋绑扎控制

成型后采用数控滚焊机进行箍筋缠绕，这样可以高效、紧固缠绕，并精准控制间距。而后，再对紧贴主筋表面的箍筋进行梅花形绑扎，在捆绑时应将所有线端置于笼内[5]。

（8）钢筋笼下放与连接

在降低钢筋笼时，应采用逐节沉放的方式进行，并可通过起重机悬架和下方钢筋笼对接。对接调整完成后，进行套筒连接或焊接，焊接采用单面焊，焊缝长度为10d，桩基接地钢筋接长标识为：钢筋笼安装时，必须对其中三根通长钢筋的一根进行标识，并确保其后每一节钢筋笼接地钢筋有效连接，直至整个桩基钢筋笼安装完成后，在钢筋笼顶端接地钢筋深入承台部分进行永久、有效的标识，便于桩基破除桩头后，能正确、有效地对接地钢筋进行连接并入接地网。

（9）钢筋笼主筋隔离保护套

为保证环切法整体破桩头的破除质量，按工艺工法要求，应对钢筋笼深入承台部分的钢筋及声测管采取隔离措施，这一措施同时还有保护成品钢筋笼顶部钢筋质量的效果。

3.5 导管水密性试验及安装

导管吊装前应先试拼，试拼后及时检测水密性，试验压力不小于孔底静水压力的1.5 倍。最大压力按下式（2）计算：

式（2）中：Pw为管壁可能承受的最大压力（kg/m2）；γc为混凝土容重（kg/m3）；hc为混凝土柱最大高度，导管全长（m）；γw为水或泥浆比重，取值范围控制在1.0～1.25kg/m2；hw为钻孔内水或泥浆深度（m）。

3.6 二次清孔

灌注混凝土的过程中，必须保证二次清孔满足要求。如沉渣厚度超出规范要求，则需再次进行清孔，直至符合规范要求。

3.7 水下混凝土灌注

3.7.1 混凝土灌注前的准备

坍落度、扩展度、含气量、入模温度作为混凝土灌注前的必检指标，需严格把控，否则不能进行灌注施工。

3.7.2 灌注采用自由塞隔水（即充气球胆），直径可以自由地通过导管。应严格控制导管的深度，并应与孔底保持0.3～0.5m 的距离。导管下入时及下入后必须居中。

3.7.3 首盘混凝土计算

封底混凝土施工后，导管埋置深度应为1～3m。首盘混凝土方量按下式（3）计算：

式（3）中：V 为混凝土的首灌量（m3）；d 为导管内径（m），取d=0.3m；D 为成孔桩径（m）；L 为桩孔深度（m），取L=桩长+4（m）；H1为浇筑前测量管底的高度（m），取H1=0.4m；H2为导管初次埋入混凝土的深度（m），取H=1.5m；h1为当孔中的混凝土深度达到H2时，管道中混凝土所需的高度（m），平衡管道外的压力，即h1=Hwγw/γ/c；Hw为孔内水或泥浆的深度，取Hw=桩长+4m；γw为孔内泥浆重度，γw=11kN/m3；γc为混凝土拌和物重度，取γc=24kN/m3。

开始灌注首盘混凝土时，导管底口与孔底应控制在40cm 左右，且导管埋入混凝土的深度应大于1m。

3.7.4 混凝土灌注

首盘混凝土浇筑时，应计算和控制首盘封底混凝土数量，严格控制吹球时间，当导管内混凝土面不再显著下降，孔内泥浆正常排出时，测定灌注混凝土面的高程。

首盘混凝土浇筑后，应将导管深度控制在1～3m之间。

灌注过程应连续进行，连续灌注时间不应大于混凝土的初凝时间。

灌注过程中，应及时测量管内混凝土下降情况和孔内水位，为导管的提升和拆除提供依据。

导管的埋置深度应控制在2～6m 之间。

导管提升过程中应保持导管轴线位置准确，匀速提升。

拆除导管动作要快且连续，拆除时间最长不能超过15min，以防堵管。

4 桩基施工出现异常时的处理措施

4.1 坍孔处理

发生坍孔后，应查明原因并进行分析处理，不严重时可增大泥浆比重，加高水头继续钻进；严重时，必须重新钻孔。

4.1.1 防塌孔措施

（1）施工前应要做好物料储存，确保物料质量。

（2）施工过程中，应加强泥浆指标的控制，确保泥浆的相对密度。

（3）施工过程中，应根据不同的地面条件选择合理的钻井参数。

（4）施工中，如果发现泥浆表面下落，出现泥浆泄漏问题，建议立即补充泥浆。

（5）钢筋笼及导管安装过程中，应安排专人观察孔内泥浆面，如发现泥浆面下降，出现漏浆问题，应立即向孔内补浆。

4.2 弯孔和缩孔处理

4.2.1 情况允许时，可将钻头提到偏孔处进行反复扫孔。

4.2.2 弯孔情况严重时，应回填至偏孔处，待填料夯实后再重新修孔。

4.3 卡钻和掉钻处理

4.3.1 遇到卡钻情况时，应及时找出原因，先松开钻头，然后再抬起钻头。

4.3.2 处理卡住和掉落的钻头时，施工人员严禁在没有防护设备的情况下进入钻孔。

4.4 防止声测管堵塞措施

4.4.1 在使用声测管前，必须进行检查，损坏的声管不得用于施工。

4.4.2 严格控制焊接工艺。

4.4.3 将声测管安装在钢筋笼上时，应牢固固定。

4.5 防止混凝土堵管措施

4.5.1 严格按照试验数据进行配合比优化。

4.5.2 灌注时，罐车下料口应设置筛网，防止超粒径骨料进入导管造成堵管。

4.5.3 浇筑混凝土前，应对管道进行全面检查，必要时需进行水密试验，确保管道在混凝土浇筑过程中不会因为泄漏而堵塞管道。

4.5.4 导管不宜埋置过深，在混凝土浇筑过程中，应将导管埋深控制在2m～6m 范围内，拆除导管时应迅速、及时，同时还应检查导管连接处密封圈的密封性。

4.6 防断桩措施

4.6.1 做好混凝土坍落度的控制及检测。

4.6.2 做到连续作业，一气呵成。

4.6.3 钢筋笼主筋接头焊缝要饱满，且满足施工设计要求。

4.6.4 浇筑首封混凝土时，为使隔水塞顺利排出，导管底部至孔底的距离应保持在30cm～50cm。

4.7 防止钢筋笼上浮措施

4.7.1 控制混凝土的总灌注时间。当混凝土表面接近或进入钢筋笼底部时，应将管道的埋深控制在小于3m、距离井底超过1m 的范围内，以减小混凝土底部的反冲力。

4.7.2 控制和调整混凝土的坍落度、可加工性和流动性，以确保混凝土在浇筑过程中能够产生良好的“溢流”。

4.7.3 在混凝土输注的初始阶段，施工人员需要减慢灌注的速度。

4.7.4 用钢管套入钢筋笼主筋后，钢管应固定在灌注平台上。

5 环保、水保的具体措施

5.1 泥浆无公害处理

在进行桩基施工时，为减少钻孔泥浆对水源造成污染，应对钻孔泥浆进行无公害处理。可采用钻孔灌注桩泥浆的处理装置，能够有效地将孔内泥浆和水分离，泥浆分离后的固体含水率低，可用车运走及时回填，分离后的水也能达到排放标准，既不会污染环境，又可以将水回收用于施工用水。该装置还配备车载系统，可转场运输，确保桩基施工中的护壁泥浆得到100%处理，保证污水“零排放”，避免污染[6]。